cap.2 FIZICA CONSTRUCŢIILOR 2.1. Necesitatea moder ării consumurilor energetice ale cl ădirilor 2.1.1. Valorile consumurilor energetice, ale clădirilor actuale
Valoarea necesarului mediu anual de energie consumat de o locuin ţă este de cca 370 kWh/m2·an în România, în timp ce în ţările care î şi au elaborată o politică coerentă în sensul diminuării acestor consumuri se ajunge la 30 - 60 kWh/m 2·an iar în cazul cl ădirilor eficiente se ajunge la 10 - 15 kWh/m 2·an. Chiar media de 370 kWh/m 2·an nu poate fi considerată una convenabilă deoarece exist ă categoria clădirilor parter care ajung, în mod curent, la valori ale consumurilor energetice de cca. 850 kWh/m 2·an în timp ce "media" european ă este de cca 120 ... 150 kWh/m 2·an. Studii efectuate în numeroase ţări au ar ătat că majorarea nivelului de asigurare termoenergetică implică o creştere a investiţiei cu cca 5-15%, investi ţie care se poate recupera relativ repede (în SUA 3-5 ani, în Europa de de Vest 5-8 ani). ˝
˝
˝
˝
2.1.2. Necesitatea moder ării consumurilor energetice - prioritate legislativă Modalitatea abordării problemei, în prezent pe plan interna ţional: • • • • •
raportul Brundtland (1987); conferinţa de la Rio de Janeiro (1993); directiva 93/76/EWG a Comunit ăţii Europene; protocolul de la Kyoto (1999); normele EN ISO 832, 6946, 13789, 7345, 10211-1, 10211-2.
În acest context, proiectarea clădirilor a suferit schimbări conceptuale majore, în literatura de specialitate ap ărând noţiuni de tipul arhitectura bioclimatică, dezvoltare
durabilă, conformare termo-higro-energetică, clădiri f ăr ă poluare cu consum redus de energie. 2.2. Principalele caracteristici ale transferului termic Schimburile termice ce au loc în termica cl ădirlor se realizeaz ă prin trei fenomene: convecţie, radiaţie şi conducţie.
Rezistenţa la permeabilitate termică, R, a unei plăci monostrat de grosime constant ă d, are expresia: R
d
(2.9)
unde : d = grosimea pl ăcii [m]; = coeficientul de conductivitate termic ă al materialului [W/(m°C)]. Rezistenţele la transfer termic prin suprafa ţă au expresiile: - la interior:
R si
1
(2.10)
si
- la exterior:
R se
1
(2.11)
se
este:
Deci relaţia generală de calcul a rezisten ţei la transfer termic a elementului ( RT) n
R T
R si k 1
dk k
R se
[m2°C/W]
(2.15)
pentru suprafaţa de separa ţie, notată generic cu x, avem x
R si x
ti
R k k 1
R T
ti
te
(2.19)
Fig. 2.1 Distribuţia temperaturii în grosimea unei plăci plane stratificate Elementele de anvelop ă ale clădirilor sunt sisteme fizice şi funcţionale complexe, transferul de c ăldura între mediile separate, având o distribu ţie spaţială neuniformă;în cazul unui element real de anvelop ă caracteristica RT este o caracteristic ă termică medie sau echivalentă, notată cu RT,med Cîteva tipuri clasice de pun ţi termice sunt prezentate în figura urm ătoare:
Fig. 2.3 Tipuri clasice de pun ţi termice iar modul clasic de corectare termoenergetic al efectelor lor este prezentat în fig. 2.4:
Fig. 2.4 Rezolv ări clasice de corectare al zonelor de tip punte termic ă
2.3. Principalele caracteristici ale aerului umed - (umiditatea relativă) raportul dintre umiditatea efectiv ă a aerului la un moment dat şi umiditatea de satura ţie corespunz ătoare temperaturii acestuia, la momentul considerat; a as
[%]
100
(2.26)
În amestecul de gaze care constituie aerul umed, o component ă importantă o constituie vaporii de ap ă. Presiunea par ţială a vaporilor de ap ă dintr-un volum de aer (presiunea pe care ar avea-o ace ştia dacă ar ocupa singuri întregul volum) se nume şte PRESIUNEA EFECTIVĂ A VAPORILOR DE APĂ , şi se notează cu p. • În condi ţiile aerului saturat cu vapori de ap ă, presiunea par ţială a acestora este denumită PRESIUNEA DE SATURATIE şi este notată ps .
Rezistenţa la difuzia vaporilor, pentru un material are urm ătoarea defini ţie: R v
pi
d
1
K D t psi i 100
[m/s]
M
si
pe
e
(2.28)
t pse 100
(2.30)
Efectuând o analiz ă similar ă celei prezentate la transferul termic sta ţionar, în regim higric staţionar, valoarea presiunii efective a vaporilor de ap ă, ce traverseaz ă elementul de costrucţie pentru o suprafa ţă de separaţie, notată generic cu x, se poate scrie: x
R v ,k px
pi
k 1
R v ,T
pi
pe
(2.31)
n
unde R v ,T
R k - rezistenţa la difuzia vaporilor de ap ă pentru un element de k 1
construcţie, alcătuit din n straturi.
Fig. 2.6 Determinarea condensului în interiorul unei pl ăci plane stratificate prin metoda Glaser
(2.32)
2.4. Unde, cât şi cu ce termoizolăm ?
2.4.1. Unde trebuie dispusă termoizolaţia ? În concluzie indiferent de regimul de înălţime al clădirii, termoizolaţia trebuie să "îmbrace" întreaga clădire, o reprezentare schematic ă fiind de genul celei prezentate
în continuare.
Fig. 2.8 Modalitatea de "îmbr ăcare" cu termoizolaţie, a unei cl ădiri 2.4.2. Cât termoizolăm ? Pentru a r ăspunde la aceast ă întrebare trebuie să îndeplinim următoarele condi ţii: • să fie îndeplinite valorile minime, impuse rezisten ţelor termice corectate, pe ansamblul clădirii, pentru clădiri proiectate dup ă 01.01.1998, propuse de normativul • •
C107/3-93; să fie îndeplinite condi ţiile sanitar-igienice pentru elementele de construc ţie; să se efectueze un calcul de optimizare a nivelului de protec ţie termică al clădirii, conform normei GP 058/2000 Elementul de construc ţie
Pereţi exteriori (zona opac ă, inclusiv pereţii adiacenţi rosturilor deschise) Pereţi adiacenţi rosturilor închise Pereţi exteriori, sub CTS, la demisolurile sau la subsolurile încălzite Planşee peste ultimul nivel, sub terase Planşee peste ultimul nivel, sub poduri nelocuite Planşee care delimiteaz ă clădirea la partea inferioar ă, de exterior (la bowindouri, ganguri de trecere etc.) Plăci pe sol (peste CTS) Planşee peste subsoluri neânc ălzite şi pivniţe Plăci la partea inferioar ă a demisolurilor sau a subsolurilor încălzite (sub CTS)
Grosime termoizolaţie [cm] 8÷9 6 7÷8 14 ÷ 16 14 ÷ 16 14 ÷ 16 11 ÷ 13 8÷9 11 ÷ 13
2.4.3. Cu ce termoizolăm ? În consecinţă obţinerea unor rezisten ţe la transfer termic de valorile mai sus menţionate nu se poate realiza decât prin utilizarea unor materiale termoizolatoare cu caracteristici deosebite, precum sticla spongioas ă, vată minerală, vată de sticlă, polistiren celular expandat, polistiren extrudat, poliuretani, polietilen ă expandată, polietilenă spum ă, perlit, vermiculit, plăci rigide din fibre de bazalt, produse aglomerate din lemn, betoane
celulare autoclavizate, betoane perlitice, betoane granulitice, blocuri poroase realizate din ceramică etc. precum şi produse ob ţinute din combinarea acestor materiale.
2.5. Evaluarea schimburilor termice la nivel de cl ădire
Dintre condi ţiile necesar a fi respectate în ob ţinerea unei conform ări termo-higroenergetice se num ăr ă şi cea care evalueaz ă pierderile termice pentru o clădire de locuit, uni sau multi familiale, nou ă sau existent ă, conform normativului C 107/1 – 1997. Pentru aceast ă analiză, norma apeleaz ă la coeficientul global de izolare termică a unei clădiri (G) în ansamblu, care reprezint ă suma pierderilor de c ăldur ă realizate prin transmisie direct ă şi prin aria anvelopei cl ădirii, pentru o diferenţă de temperatur ă între interior şi exterior de 1K, raportat ă la volumul cl ădirii, la care se adaug ă pierderile de căldur ă aferente reîmprosp ătării aerului interior, precum şi cele datorate infiltra ţiilor suplimentare de aer rece. Sus numita norm ă, consider ă că proiectul este viabil THE dac ă nivelul de izolare termica globală este corespunz ător, adică dacă se realizează condiţia : [W/m2K] (2.33) G GN unde: GN - coeficientul global normat de izolare termică Pentru o clădire cu altă destinaţie decât cea de locuit, asem ănător coeficientului G se determină un coeficient G1 şi pentru a limita pierderile energetice se evalueaz ă o valoare de referin ţă, respectiv se impune respectarea condi ţiei: [W/m2K] (2.34) G1 G1,ref 2.7.3. Noţiuni de acustică fiziologică 2.7.3.1. Parametrii caracteristici
Fig. 2.12 Domeniul audibil 2.7.4. Confortul acustic în clădiri 2.7.4.1. Parametrii caracteristici
Confortul acustic se poate defini în raport cu nivelul de t ărie al zgomotului respectiv, într-o unitate funcţională, tinând seama de specificul activit ăţilor ce se desf ăş ăşoar ă, se stabileşte un anumit nivel de t ărie admisibil.
Fig. 2.13 Curbe de egal nivel de t ărie (curbe de zgomot) Condiţia de confort se ob ţine atunci când: c z ,ef
c z ,adm
(2.48)
2.7.4.2. Izolarea unităţilor funcţionale împotriva zgomotului aerian Pentru aprecierea capacit ăţii de izolare acustic ă la zgomot aerian a unui element de construcţie se folosesc indicii de atenuare (R), a c ărei definiţie este: E [dB] (2.49) R 10 lg 1 E2
Fig. 2.15 Evaluarea indicelui de izolare la zgomot aerian pentru un element de construc ţie 1 – curba etalon; 2 – curba etalon deplasat ă; 3 – curba real ă Pentru a asigura un climat acustic, de confort trebuie ca: Ea
E a,adm
(2.51)
Ca soluţii constructive clasice, adoptate pentru izolarea la zgomot aerian se pot aminti următoarele:
a) b) c) d) Fig. 2.16 Soluţii constructive clasice, utilizate pentru izolarea la zgomot aerian a) element masiv (m ≥ 350 kg/m 2); b) elemen cu strat de aer şi "feţe" de masă diferită; c) element neomogen cu miez fonoabsorbant; d) elemente duble cu strat de aer şi material fonoizolator 1 – element de construc ţie; 2,3 – elemente de construc ţie de masă diferite; 4 – strat de aer; 5 – material fonoabsorbant; 6 – elemente u şoare de placare 2.7.4.3. Izolarea unităţilor funcţionale împotriva zgomotului de impact
Zgomotul de impact este zgomotul care ia na ştere în elementele de construc ţie, sub formă de zgomot structural, ca urmare a existen ţei contactului fizic dintre sursa de zgomot şi elementul de construc ţie şi se transmite în înc ăperi sub formă de zgomot aerian. Sursele de zgomot pot fi diverse, dintre cele mai des întânite fiind cele rezultate din circulaţie pe plan şeu, căderea obiectelor, mi şcarea mobilierului, func ţionarea unor aparate electrocasnice, lucr ări de reparaţii interioare etc. Evaluarea global ă a capacităţii de izolare la zgomot de impact a unui element de construcţie se apreciaz ă prin analizarea grafic ă a curbei etalon şi a curbei reale de comportare a elementului analizat. Aprecierea cantitativ ă a acestei evalu ări se realizează prin indicele de izolare izolare la zgomot de impact impact (EI respectiv II).
Fig. 2.17 Determinarea indicelui de izolare la zgomot de impact pentru plan şeu 1 – curba etalon; 2 – curba plan şeului standard; 3 – curba plan şeu standard cu pardoseal ă pe dală flotantă
Condiţia de confort acustic la zgomotul de impact se ob ţine dacă: EI
E I ,adm
(2.53)
Pentru planşee, soluţia constructivă clasică adoptată pentru izolarea la zgomot de impact este cunoscut ă în literatura de specialitate drept - pardoseala pe dal ă flotantă.
Fig. 2.18 Pardoseal ă pe dală flotantă 1 – strat uzur ă pardoeală; 2 – dală din mortar de ciment sau beton; 3 – strat de protec ţie mecanică din carton sau polietilen ă; 4 – strat de izolare fonic ă; 5 – strat de egalizare din nisip uscat sau mortar de ciment; 6 – plac ă din beton armat; 7 – material fonoabsorbant Ca materiale fonoabsorbante tradi ţionale se pot aminti: vata mineral ă de înaltă densitate, pluta, pudreta de cauciuc etc. Pentru izolarea zgomotelor de impact provenite de la func ţionarea instalaţiilor se folosesc: dibluri din PVC, c ămăşuieli din cauciuc etc. 2.7.5. Unde fonoizolăm ?
În concluzie, într-o reprezentare schematică, se poate aprecia c ă fonoizolaţia trebuie dispusă într-o clădire, în următoarele zone:
Fig. 2.22 Reprezentarea schematic ă a dispunerii fonoizola ţiei, într-o clădire
